饱和铁芯型高温超导故障限流器漏磁场分析与研究

摘要

电网规模的扩大和互联程度的提高，使过大的短路电流成为影响电网安全、高效运行的重要影响因素之一。故障限流器可减小故障电流，减弱大电流对设备的冲击，但传统的限流设备会增加输电损耗，减弱电网的电压调节能力，难以满足电网超大容量发展的需求。SISFCL(Saturated Iron-core Superconducting Fault Current Limiter,饱和铁芯型高温超导故障限流器)在系统正常运行时处于超导态，运行损耗小，对电网运行几乎无影响；当电网发生故障，SISFCL瞬时产生高阻抗，有效限制短路电流。由于 SISFCL传输电流密度大，限流期间不失超，适用于线路重合闸运行等优点，具有广阔的应用前景。
　　SISFCL的超导磁体使用载流能力强的高温超导导线绕制而成，在 SISFCL运行过程中，会产生数特斯拉的巨大磁场，在其周围会产生漏磁场；当电网处于稳定运行状态时，SISFCL的铁芯深度饱和，使得漏磁骤增，同时，松耦合的绕组结构导致的漏磁现象会更严重。过大的漏磁场对限流器自身运行、周围设备和工作人员造成不利影响，所以，很有必要对SISFCL展开漏磁研究。
　　本文针对SISFCL的漏磁场进行分析与研究，研究了不同铁芯形状和绕组结构对漏磁场的影响，首先对SISFCL的构成及工作原理进行了介绍，给出了研究对象的主要部件参数，并对SISFCL的发展与研究现状进行了概括总结。
　　其次，对SISFCL进行电磁理论分析，结合Ansys Maxwell电磁场有限元分析软件，在电流激励作用下，对SISFCL进行了电磁场数值仿真，得到铁芯磁场、绕组漏磁通和限流器漏磁通的分布规律；提出用有限元分析方法精确计算限流器漏电感参数的重要性，采用能量法得到限流器漏磁能量和绕组漏电感参数；结合电磁场仿真结果，采用磁场分割的方法计算限流器漏磁导，进而建立考虑漏磁影响的等效磁路模型。
　　最后，详细介绍超导绕组的结构，对三种不同超导绕组结构、同容量的三柱式铁芯和环形铁芯的SISFCL的漏磁场进行了仿真对比分析，得到超导绕组并联结构和环形铁芯的优势所在，其仿真分析结果对超导限流器结构优化、漏磁场屏蔽具有一定的参考价值；采用能量扰动法计算SISFCL非线性电感，根据SISFCL短路等效模型对不同超导绕组结构和铁芯形状的限流器在单相短路接地时的限流效果进行瞬态仿真分析。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

1 绪论

1.1 论文的研究背景和意义

1.2 SISFCL发展与研究现状

1.3 论文的主要研究内容

2 SISFCL结构及电磁场分析方法

2.1 SISFCL工作原理

2.2 三相SISFCL的结构

2.3 SISFCL的磁场计算方法

2.4 小结

3 SISFCL漏磁场分析

3.1 Ansys Maxwell建模

3.2 铁芯磁场分布分析

3.3 漏磁场分布特点分析

3.4 绕组饱和漏电感的计算

3.5 考虑漏磁影响的等效磁路模型的建立

3.6 小结

4 SISFCL漏磁场的影响因素分析

4.1 超导绕组结构对漏磁场的影响

4.2 铁芯形状对漏磁场的影响

4.3 高温超导限流器单相短路仿真分析

4.4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果